Inertie thermique
Lorsqu'un matériau se trouve à l'équilibre thermique, sa température est fixe et les échanges de chaleur (échange par conduction, convection, rayonnement) qu'il a avec son environnement sont équilibrés (autant de chaleur reçue de son environnement que de chaleur cédée à cet environnement). L'inertie thermique de ce matériau représente la résistance au changement de sa température lorsque intervient une perturbation de cet équilibre thermique. Si la perturbation l'amène vers une nouvelle température d'équilibre, l'inertie thermique est mise en évidence par la "lenteur" avec laquelle ce nouveau point d'équilibre est atteint.
- Si le matériau est très inerte, il atteindra cet équilibre au bout d'un temps long.
- Si le matériau est peu inerte, il attendra cet équilibre au bout d'un temps bref.
Le temps caractéristique en question dépend de l'inertie thermique du matériau mais aussi de l'écart entre les deux températures d'équilibre. Globalement, plus les matériaux sont denses et plus ils sont inertes, c'est la raison pour laquelle on parle aussi de masse thermique.
La notion d'inertie thermique est utilisée notamment dans le cadre de la conception de bâtiments où les températures intérieures et surtout extérieures varient fréquemment et où les matériaux constitutifs de la structure participent à la stabilité de la température intérieure.
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[modifier] Grandeurs pour quantifier l'inertie thermique d'un matériau
On quantifie l'inertie thermique essentiellement par :
- la diffusivité thermique D (ou a)du matériau, qui représente sa tendance à favoriser la diffusion de la chaleur (donc plutôt opposée à l'inertie thermique).
- l'épaisseur e du matériau considéré
En réalité, le temps caractéristique associé à l'inertie thermique dépend de ces deux paramètres, puisqu'il est de l'ordre de e2 / D
- l'effusivité thermique, caractérise la transmission de la chaleur au moment de la mise en contact thermique de deux matériaux.
[modifier] Effets dans le cas d'un bâtiment
Schématiquement, sur des temps d'observation donnés (journaliers, saisonniers...), les variations de température extérieure sont périodiques. Grâce à l'inertie thermique du bâti, la température à l'intérieur du bâtiment suit nécessairement ces variations, mais avec :
- un amortissement, qui permet d'atténuer les effets des canicules ou des grands froids
- un déphasage, qui permet de retarder les effets (en été: le front de chaleur pénètre dans la maison en fin de journée plutôt qu'en matinée, etc...)
L'amortissement et le déphasage sont d'autant plus marqués que l'inertie thermique est grande.
Dans le cas du bâtiment, on peut distinguer deux cas de figure où intervient l'inertie thermique :
- L'inertie en transmission, qui concerne l'atténuation de l'influence des conditions extérieures sur la température intérieure du bâtiment. Cette inertie repose essentiellement sur une forte isolation thermique du côté extérieur de l'enveloppe du bâtiment. L'épaisseur d'isolant joue un rôle important dans ce cas.
- L'inertie par absorption, qui concerne l'accumulation de chaleur ou de fraîcheur dans les cloisonnement et les parois de la structure en contact avec l'intérieur du bâtiment. L'épaisseur des parois lourdes n'a pas trop d'importance au-delà d'une quinzaine de centimètres par face (accumulation de chaleur près de la surface).
[modifier] Liens externes
[modifier] Pour aller plus loin
- Une analyse intéressante de la notion "intuitive" d'inertie thermique, appliquée au cas du bâtiment, se trouve p. 117-119 de la thèse de doctorat de Jean Sicard, Analyse modale appliquée à la thermique, Université Pierre et Marie Curie, Paris, 1984.
- Concevoir des bâtiments bioclimatiques : fondements & méthodes, Pierre Fernandez et Pierre Lavigne, Le moniteur, Paris, 2009.
